2.3.1. Khái niệm và vai trò của đất
2.3.1.1. Khái niệm về đất
Đất trong thuật ngữ chung là các vật chất nằm trên bề mặt Trái Đất, có khả năng hỗ trợ sự sinh trưởng của thực vật và phục vụ như là môi trường sinh sống của các dạng sự sống động vật từ các vi sinh vật tới các loài động vật nhỏ.
Theo học giả người Nga Docutraiep “Đất là một vật thể thiên nhiên cấu tạo độc lập lâu đời do kết quả quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đó là: sinh vật, đá mẹ, khí hậu, địa hình và thời gian”. Các nhà khoa học thổ nhưỡng khẳng định nguồn gốc ban đầu của đất (soil) là từ các loại đá mẹ trong thiên nhiên lâu đời bị phá hủy dần dần dưới tác động của các yếu tố lý học, hóa học, sinh học (dẫn theo Trần Văn Chính và cs., 2006).
Theo Lê Văn Khoa (2000), đất là một vật thể sống, một “vật mang” của các hệ sinh thái tồn tại trên trái đất, con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó.
Theo FAO (1995), đất đai (Land) được định nghĩa là một khu vực cụ thể của bề mặt trái đất bao gồm tất cả các thuộc tính ngay ở trên và dưới bề mặt bao gồm khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, hệ thống thủy văn bề mặt, lớp trầm tích gần bề mặt, nước ngầm, quần thể động thực vật và mọi hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại như ruộng bậc thang, hệ thống thủy lợi, đường giao thông, các tòa nhà…
2.3.1.2. Vai trò của đất đai
Như ta đã biết đất đai có nguồn gốc từ tự nhiên, cùng với vòng quay của bánh xe thời gian thì con người xuất hiện và tác động vào đất đai, cải tạo đất đai và biến đất đai từ sản phẩm của tự nhiên lại mang trong mình sức lao động của con người, tức cũng là sản phẩm của của xã hội.
Đất đai là một tài nguyên thiên nhiên quý giá của mỗi quốc gia và nó cũng là yếu tố mang tính quyết định sự tồn tại và phát triển của con người và các sinh vật khác trên trái đất. Các Mác viết: “Đất đai là tài sản mãi mãi với loài người, là điều kiện để sinh tồn, là điều kiện không thể thiếu được để sản xuất, là tư liệu sản xuất cơ bản trong nông, lâm nghiệp”. Bởi vậy, nếu không có đất đai thì không có bất kỳ một ngành sản xuất nào, con người không thể tiến hành sản xuất ra của cải vật chất để duy trì cuộc sống và duy trì nòi giống đến ngày nay. Trải qua một quá trình lịch sử lâu dài con người chiếm hữu đất đai biến đất đai từ một sản vật tự nhiên thành một tài sản của cộng đồng, của một quốc gia. Luật Đất đai năm 1993 của nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam có ghi:“Đất đai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá xã hội, an ninh quốc phòng. Trải qua nhiều thế hệ nhân dân ta đã tốn bao công sức, xương máu mới tạo lập, bảo vệ được vốn đất đai như ngày nay!”
Rõ ràng, đất đai không chỉ có những vai trò quan trọng như đã nêu trên mà nó còn có ý nghĩa về mặt chính trị. Tài sản quý giá ấy phải bảo vệ bằng cả xương máu và vốn đất đai mà một quốc gia có được thể hiện sức mạnh của quốc gia đó, ranh giới quốc gia thể hiện chủ quyền của một quốc gia. Đất đai còn là nguồn của cải, quyền sử dụng đất đai là nguyên liệu của thị trường nhà đất, nó là tài sản đảm bảo sự an toàn về tài chính, có thể chuyển nhượng qua các thế hệ...
2.3.2. Sử dụng đất và quản lý sử dụng đất
Sử dụng đất là hoạt động của con người tác động vào đất đai nhằm đạt kết quả mong muốn trong trong quá trình sử dụng.
Theo FAO (1999), sử dụng đất được thực hiện bởi con người bao gồm các hoạt động cải tiến môi trường tự nhiên hoặc những vùng hoang vu vào sản xuất như đồng ruộng, đồng cỏ hoặc xây dựng các khu dân cư. Thực chất sử dụng đất là một hệ thống các biện pháp nhằm điều hòa mối quan hệ giữa con người với đất đai.
Quản lý là sự tác động có chủ đích của chủ thể quản lý tới đối tượng quản lý một cách liên tục, có tổ chức, liên kết các thành viên trong tổ chức hành động nhằm đạt tới mục tiêu với kết quả tốt nhất.
Theo Vancutsem (2008), quản lý sử dụng đất là quá trình quản lý sử dụng và phát triển đất đai trong không gian theo định hướng và sự điều phối của chính sách đất đai hiện tại.
2.4. TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI 2.4.1. Vấn đề chung về biến động đất đai 2.4.1. Vấn đề chung về biến động đất đai
- Khái niệm biến động.
Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay thế trạng thái này bằng trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên và xã hội. Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm.
Theo Từ điển Khoa học trái đất "Biến động sử dụng đất và lớp phủ mặt đất (LUCC), được biết như biến động đất đai, đây là một thuật ngữ chung chỉ những thay đổi bề mặt lãnh thổ trái đất xảy ra do tác động của con người” (Ellis, 2010). Sherbinin (2002), cho rằng biến động sử dụng đất là nguyên nhân dẫn tới biến động lớp phủ điều đó có nghĩa là biến động lớp phủ chính là hệ quả của biến động sử dụng đất (dẫn theo Nguyễn Thu Hiền, 2014).
Ngyễn Thu Hiền (2014) nêu rõ: “Biến động sử dụng đất là sự thay đổi trạng thái tự nhiên của lớp phủ bề mặt đất gây ra bởi hành động của con người. Biến động sử dụng đất và lớp phủ đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử, chúng là hệ quả từ các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con người nhằm đảm bảo nhu cầu thiết yếu. Ban đầu có thể chỉ là các hoạt động đốt rừng để khai hoang mở rộng đất nông nghiệp, dẫn đến sự suy giảm rừng và thay đổi bề mặt trên trái đất. Gần đây, công nghiệp hóa đã làm gia tăng sự tập trung dân cư trong các đô thị và giảm dân cư nông thôn, kéo theo đó là khai thác quá tải trên khu vực đất màu mỡ và bỏ hoang các khu vực đất không thích hợp. Tất cả những nguyên nhân và hệ quả của các biến động này đều có thể dễ dàng nhìn thấy ở mọi nơi trên thế giới”.
Biến động đất đai là nhân tố quan trọng thúc đẩy sự biến đổi môi trường như: - Mất đa dạng sinh học: Khi rừng bị chuyển thành đất nông nghiệp sẽ dẫn đến sự biến mất của các loài động thực vật.
- Biến đổi khí hậu: Biến động đất đai là nguyên nhân của việc thải khí nhà kính vào khí quyển, dẫn đến sự ấm lên của trái đất.
- Ô nhiễm và suy thoái đất: Biến động đất đai là nguyên nhân quan trọng gây nên ô nhiễm đất, nước và không khí. Hoạt động biến động lớp phủ lâu đời nhất là việc khai khẩn đất nông nghiệp, chặt gỗ và thu hoạch các nguồn sinh khối khác. Sự biến mất của lớp phủ thực vật làm tổn thương lớp thổ nhưỡng, gia tăng xói mòn do gió và nước.
2.4.2. Các phương pháp xác định biến động đất đai
2.4.2.1. Xác định biến động đất đai theo phương pháp truyền thống
Để xác định biến động đất đai qua các thời kỳ thì phương pháp thường được sử dụng và có tính chính xác là dựa vào tài liệu, số liệu như số liệu thống kê đất đai hàng năm, số liệu kiểm kê đất đai, tài liệu bản đồ hay các cuộc điều tra. Trên cơ sở các số liệu, tài liệu thu thập được, tiến hành thống kê, so sánh số liệu qua các năm để thấy được sự biến động, thay đổi về cơ cấu các loại đất.
Các phương pháp này có ưu điểm là độ chính xác cao nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí đồng thời không thể hiện được sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất gì sang loại đất gì và diễn ra ở khu vực nào (vị trí không gian của sự thay đổi).
2.4.2.2. Xác định biến động đất đai bằng ảnh viễn thám kết hợp GIS
Bản đồ sử dụng đất và lớp phủ được thành lập bằng phương pháp phân loại tự động kết hợp với số liệu thống kê và điều tra thực địa. Phân tích không gian trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) so sánh bản đồ ở các thời điểm tạo ra bản đồ biến động để xác định biến động sử dụng đất, lớp phủ trong từng giai đoạn cụ thể.
a. Thành lập bản đồ bằng phương pháp so sánh sau phân loại
Bản chất của phương pháp này là từ kết quả phân loại ảnh ở hai thời điểm khác nhau ta thành lập được bản đồ hiện trạng lớp phủ tại hai thời điểm đó. Sau đó chồng ghép hai bản đồ lớp phủ để xây dựng bản đồ biến động. Các bản đồ lớp phủ có thể thực hiện dưới dạng bản đồ raster.
Phương pháp so sánh sau phân loại được sử dụng rộng rãi nhất, đơn giản, dễ hiểu và dễ thực hiện. Sau khi hai ảnh vệ tinh được nắn chỉnh hình học sẽ tiến hành phân loại độc lập để tạo thành hai bản đồ. Hai loại bản đồ này được so sánh bằng cách so sánh pixel tạo thành ma trận biến động.
Ưu điểm của phương pháp này cho biết sự thay đổi từ loại đất gì sang loại đất gì và chúng ta cũng có thể sử dụng bản đồ hiện trạng lớp phủ đã được thành lập trước đó.
Nhược điểm của phương pháp này là phải phân loại độc lập các ảnh viễn thám nên độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của từng phép phân loại và thường độ chính xác không cao vì sai sót trong quá trình phân loại của từng ảnh vẫn được giữ nguyên trong bản đồ biến động.
b. Đánh giá biến động bằng phương pháp phân loiạ ảnh trực tiếp đa thời gian
Phương pháp này thực chất là chống xếp hai ảnh của hai thời kỳ với nhau thành ảnh biến động. Sau đó dựa vào ảnh biến động ta phân loại và thành lập bản đồ biến động.
Ưu điểm của phương pháp này là chỉ phải phân loại một lần nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là rất phức tạp khi lấy mẫu vì phải lấy tất cả các mẫu biến động và không biến động. Hơn nữa ảnh hưởng của sự thay đổi theo thời gian (các mùa trong năm) và ảnh hưởng của khí quyển của ảnh ở các thời điểm khác nhau cũng không dễ được loại trừ, do đó ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp. Thêm vào đó bản đồ biến động được thành lập theo phương pháp này chỉ cho ta biết được chỗ biến động và chỗ không biến động chứ không cho biết được biến động như thế nào.
c. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp phân tích vecter thay đổi phổ
Khi ở trong khu vực nghiên cứu có biến động xảy ra thì nó được thể hiện bằng sự khác biệt về phổ giữa hai thời điểm trước vào sau biến động. Giả sử xác định được giá trị phổ trên hai kênh x và y tại hai thời điểm trước và sau biến động. Khi đó vector 12 chính là vector thay đổi phổ và được biểu thị bởi giá trị (khoảng cách từ 1 đến 2) và hướng thay đổi (góc β).
Hình 2.1. Vector thay đổi phổ
Trong đó: - CMpixel là giá trị của vector thay đổi phổ.
- BV i,j,k (1), BV i,j,k (2) là giá trị phổ của pixel i, kênh k của ảnh trước và sau khi xảy ra biến động.
Việc phân tích vector thay đổi được ghi thành hai tệp dữ liệu: Một tệp chứa các mã của khu vực, một tệp chứa độ lớn của các vector thay đổi phổ. Thông tin về sự thay đổi được tạo ra từ hai tệp dữ liệu đó và được thể hiện bằng màu sắc của các pixel tương ứng với các mã quy định. Trên ảnh đa phổ thay đổi này sẽ kết hợp cả hướng và giá trị vector thay đổi phổ. Sự thay đổi có xảy ra không được quyết định bởi vector thay đổi phổ có vượt ra khỏi ngưỡng quy định hay không. Giá trị ngưỡng được xác định từ kết quả thực nghiệm dựa vào các mẫu biến động và không biến động.
Phương pháp phân tích vector thay đổi phổ được ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu biến động rừng nhất là biến động hệ sinh thái nhất là biến động rừng ngập mặn. Nhưng nhược điểm của phương pháp này là khó xác định ngưỡng của sự biến động.
d. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp số học
Trước tiên ảnh được nắn về cùng một hệ tọa độ. Sau đó dùng các biến đổi số học để tạo ra các ảnh thay đổi. Phép trừ và phép chia số học được sử dụng trong trường hợp này.
Nếu ảnh thay đổi là kết quả phép trừ của số học thì khi đó giá trị độ xám của các pixel trên ảnh thay đổi là một dãy số âm và dương. Các kết quả âm và dương biểu thị mức độ biến đổi của các vùng, còn giá trị không thể hiện sự không thay đổi. Với giá trị độ xám từ 0 – 255 thì giá trị pixel thay đổi trong khoảng từ -255 đến +255. Thông thường để tránh kết quả mang giá trị âm người ta cộng thêm một hằng số không đổi.
Công thức toán học để biểu diễn là: Dijk = BVijk(1) - BVijk(2) + c Trong đó: Dijk : Giá trị độ xám của pixel thay đổi.
BVijk(1): Giá trị độ xám của ảnh tại thời điểm 1. BVijk(2): Giá trị độ xám của ảnh tại thời điểm 2.
c: là hằng số (c = 127). i: chỉ số dòng, j: chỉ số cột.
k: kênh ảnh.
Ảnh thay đổi được tạo ra bằng cách tổ hợp giá trị độ xám theo luật phân bố chuẩn Gauss. Vị trí nào có pixel không thay đổi thì độ xám biểu diễn xung quanh giá trị trung bình, vị trí có pixel thay đổi được biểu diễn ở phần biên của đường phân bố.
Cũng tương tự như vậy nếu ảnh thay đổi được tạo ra từ phép chia số học thì giá trị của pixel trên ảnh là một tỷ số chứng tỏ ở đó có sự thay đổi, nếu bằng 1 thì không có sự thay đổi.
Giá trị giới hạn trên ảnh thay đổi (tạo ra bởi phép trừ số học) và ảnh tỷ số kênh sẽ quyết định ngưỡng giữa ranh giới sự thay đổi – không thay đổi và được biểu thị bằng biểu đồ độ xám của ảnh thay đổi.
Thông thường, độ lệch chuẩn sẽ được lựa chọn và kiểm tra theo kinh nghiệm, nhưng ngược lại, người ta thường sử dụng phương pháp thử nghiệm nhiều hơn phương pháp kinh nghiệm. Giá trị ngưỡng của sự thay đổi sẽ được xác định khi bắt gặp giá trị thay đổi trên thực tế.
Vì vậy, để xác định được ta cần hiểu rõ về khu vực nghiên cứu, thậm chí phải lựa chọn một vùng biến động và ghi lại để hiển thị vùng nghiên cứu mà người lựa chọn biết rõ. Tuy nhiên, kỹ thuật này có thể kết hợp với các kỹ thuật khác để nghiên cứu biến động và thành lập bản đồ biến động.
e. Thành lập bản đồ biến động bằng phương pháp sử dụng mạng nhị phân
Đây là một phương pháp xác định biến động rất hiệu quả. Đầu tiên, tiến hành lựa chọn để phân tích ảnh thứ nhất tại thời điểm n. Ảnh thứ 2 có thể sớm hơn ảnh thứ nhất (n-1) hoặc muộn hơn (n+1). Các ảnh đều được nắn chỉnh về cùng một hệ tọa độ.
Tiến hành phân loại ảnh thứ nhất theo phương pháp phân loại thông thường. Tiếp theo lần lượt chọn 1 trong các kênh (ví dụ kênh 3) từ hai ảnh để tạo ra các tệp dữ liệu mới, các tệp dữ liệu này sẽ được phân tích bằng các phép biến